设k∈R,函数f(x)=ex-(1+x+kx2)(x>0).
(Ⅰ)若k=1,试求函数f(x)的导函数f'(x)的极小值;
(Ⅱ)若对任意的t>0,存在s>0,使得当x∈(0,s)时,都有f(x)<tx2,求实数k的取值范围.
(Ⅰ)当k=1时,函数f(x)=ex-(1+x+x2)(x>0),
则f(x)的导数f'(x)=ex-(1+2x),f'(x)的导数f''(x)=ex-2.…(2分)
令f''(x)=ex-2=0,可得x=ln2,
当0<x<ln2时,f''(x)<0;当x>ln2时,f''(x)>0,
从而f'(x)在(0,ln2)内递减,在(ln2,+∞)内递增.…(4分)
故导数f'(x)的极小值为f'(ln2)=1-2ln2…(6分)
(Ⅱ)解法1:对任意的t>0,记函数Ft(x)=f(x)-tx2=ex-[1+x+(k+t)x2](x>0),
根据题意,存在s>0,使得当x∈(0,s)时,Ft(x)<0.
则Ft(x)的导数F′t(x)=ex-[1+2(k+t)x],F't(x)的导数Ft′′(x)=ex-2(k+t)…(9分)
①若Ft′′(0)≥0,因Ft′′(x)在(0,s)上递增,故当x∈(0,s)时,Ft′′(x)>Ft′′(0)≥0,
于是F't(x)在(0,s)上递增,则当x∈(0,s)时,F't(x)>F't(0)=0,从而Ft(x)在(0,s)上递增,故当x∈(0,s)时,Ft(x)>Ft(0)=0,与已知矛盾 …(11分)
②若Ft′′(0)<0,注意到Ft′′(x)在[0,s)上连续且递增,故存在s>0,使得当x∈(0,s)Ft′′(x)<0,从而F't(x)在(0,s)上递减,于是当x∈(0,s)时,F't(x)<F't(0)=0,
因此Ft(x)在(0,s)上递减,故当x∈(0,s)时,Ft(x)<Ft(0)=0,满足已知条件…(13分)
综上所述,对任意的t>0,都有Ft′′(0)<0,即1-2(k+t)<0,亦即k>
-t,1 2
再由t的任意性,得k≥
,经检验k=1 2
不满足条件,所以k>1 2
…(15分)1 2
解法2:由题意知,对任意的t>0,存在s>0,使得当x∈(0,s)时,都有
<t成立,即f(x) x2
≤0成立,则存在s>0,使得当x∈(0,s)时,f(x)≤0成立,f(x) x2
又f(0)=0,则存在s0>0,使得当x∈(0,s0)时,f(x)为减函数,即当x∈(0,s0)时使f'(x)=ex-1-2kx≤0成立,
又f'(0)=0,故存在s0>s>0,使得当x∈(0,s)时f'(x)为减函数,
则当x∈(0,s)时f′′(x)≤0成立,即ex-2k≤0,得k≥
>ex 2
.1 2